DESCRIPCIÓN Y ANÁLISIS DE COSTOS DE UNIONES CONVENCIONALES Y DE INNOVACIÓN EN LA CONSTRUCCIÓN CON BAMBÚ ROLLIZO

DESCRIPTION AND COST ANALYSIS OF CONVENTIONAL AND INNOVATIVE JOINTS FOR CONSTRUCTION WITH BAMBOO CULM.

Autores: Yann Barnet, Faouzi Jabrane, Camila Chumbimune

Estudio realizado dentro la línea de investigación sobre construcción con bambú del Instituto de Vivienda, Urbanismo y Construcción de la Universidad de San Martin de Porres

Contacto: ivuc@usmp.pe

RESUMEN
El estudio describe y analiza los costos de uniones empleadas en la construcción con bambú rollizo, tanto modelos convencionales como uniones de innovación desarrolladas para reducir los tiempos de ejecución y facilitar los procesos de trabajo. Los resultados son insumos esenciales para la elaboración de metrados y presupuestos de estructuras de bambú y ofrecen valores comparativos para guiar la toma de decisión en el diseño.

PALABRAS CLAVES: Bambú, Guadua, construcción, unión, conector, costo, mano de obra.

ABSTRACT
The study describes and analyzes the costs of joints used in the construction with bamboo culms, both conventional models and innovation joints developed to reduce execution times and facilitate the work flow. The results are essential inputs for the elaboration of meds and budgets of bamboo structures and offer comparative values to guide decision-making in the design.

KEY WORDS: Bamboo, Guadua, construction, joint, connector, cost, labor.


INTRODUCTION

ANTECEDENTES
En la construcción con bambú rollizo, las uniones son un tema fundamental y a la vez complejo, dado que la naturaleza tubular e irregular de este perfil natural dificulta el desarrollo de conectores (Barnet & Jabrane, 2019). En el método tradicional de uniones se requieren realizar cortes especiales que demandan tiempo y un saber hacer específico (Figura 2). Eso se traduce en costos de mano de obra relativamente alto. Para suplantar esta problemática se están creando cada vez más conectores con materiales, técnicas y funciones muy variadas. En una búsqueda de optimización de los procesos de construcción, el Instituto de Vivienda Urbanismo y Construcción (IVUC) de la Universidad de San Martín de Porres (USMP) ha desarrollado unos conectores de extremidad y articulaciones para ser implementadas en varios tipos de proyectos (Figura 3), y en particular para el desarrollo de un sistema constructivo en base a bambú y madera de ingeniería que busca ser rápido y fácil de ensamblar. Este proyecto está volcado en la construcción de un prototipo de vivienda (Figura 1) cuyo fin es evaluar, optimizar y validar el sistema propuesto.


Figura 1. Diseño de prototipo de vivienda de bambú y madera de ingeniería. (IVUC)


Figura 2. Unión usual con boca de pescado. (Barnet & Jabrane, 2019)


Figura 3. Conector de extremidad y articulación IVUC (Barnet & Jabrane, 2019)

OBJETIVOS
El presente estudio busca definir la cantidad de materiales y tiempos de mano de obra de todas las uniones empleadas en el proyecto de vivienda antes mencionado, con la finalidad de generar información esencial para la elaboración de su presupuesto, así como de cualquier otra estructura de bambú que emplea esas uniones. Además, los resultados obtenidos permiten medir el rendimiento económico de los conectores desarrollados por el IVUC comparado a uniones tradicionales que cumplen funciones análogas. El artículo tiene también como finalidad describir e ilustrar cada una de las uniones estudiadas, con sus procesos de montaje correspondiente. El estudio no contempla los aspectos de comportamiento estructural de las uniones.


MATERIALES Y METODO


SUJETO Y MATERIALES DEL ESTUDIO
Dentro de las uniones estudiadas, cinco son usuales y descritas en la Norma Peruana E100 y tres corresponden a uniones nuevas desarrolladas por el IVUC. La lista completa está detallada en la Tabla 1. La especie de bambú utilizada es del género Guadua y tiene un diámetro promedio de 10 cm.

Tabla 1
Uniones estudiadas

           DESCRIPCIÓN    
UNIONES USUALES
   1       Pico   de flauta con perno tensor   
   2       Boca   de pescado con perno tensor   
   3       Unión   sobre base de concreto con fierro y mortero   
   4       Unión   longitudinal con eucalipto interior   
   5       Unión   tipo perno pasante   
UNIONES DE INNOVACIÓN DEL IVUC
   6       Unión   perpendicular con tapa de madera   
   7       Unión de tope de   madera articulado a una platina   
   8       Unión de tope de   madera articulado a un bambú   

MÉTODO
Para cada una, se ha definido la cantidad de materiales empleados, y se ha medido el tiempo necesario de mano de obra, diferenciando la prefabricación y los procesos de colocación en obra de forma separada.

En el caso de las uniones usuales, se empleó el diseño contemplado en el Reglamento Nacional de Edificación (Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, 2012) y se pidió a un experto de realizar cada unión en el piso para cronometrarlo (Figura 4). Para condiciones incómodas (en altura) el tiempo es muy variable y con el fin de tener una estimación, se entrevistó a especialistas con más de 10 años de experiencia. También se contrastó los valores con resultados del estudio “Aportes de mano de obra y materiales, para la creación de partidas en la construcción con bambú” (Chinchayán, 2016)


Figura 4. Proceso de ejecución una unión usual con pico de flauta por un experto

Figura 5. Proceso de una unión de tope de madera con articulación a una platina por un voluntario no profesional.

COSTOS UNITARIOS EMPLEADOS
Todos los montos indicados en este artículo no incluyen impuestos, en particular el IGV (Impuesto General a la Venta) de 18% en el Perú. Son montos referenciales en 2020 en la ciudad de Lima. En las siguientes tablas se detallan los costos unitarios utilizados para el estudio.

Tabla 2
Costos unitarios de materiales

   Item       Unidad       Costo Unitario   S/.   
Varilla roscada 3/8”       m       2.1   
   Tuerca de 3/8”       Und       0.1   
   Arandela de 3/8”       Und       0.075   
   Varilla Roscada 1/2”       m       3.9   
   Tuerca de 1/2”       Und       0.15   
   Arandela de 1/2”       Und       0.1   
   Fierro 3/8” de 9m       m       14.6   
   Cemento 42.5 kg       Und       18.6   
   Arena gruesa 40kg       Und       5.5   
   Eucalipto de 2 ½”       m       4.5   
   Plancha OSB 244x122x1.8cm       Und       64   
   Tornillo #12 de 1 ½” autoperforante       Und       0.25   
   Perno de 3/8” x 2”       Und       0.5   
   Pernos de expansión 3/8 “ x 4”        Und       2   
   Tirafón 4” (4mm)       Und       1.5   
   Guadua tratada    6m, diam. Aprox. 4”       Und       36   

Tabla 3
Costos unitarios piezas prefabricadas

   Item       Unidad       Costo Unitario   S/.   
   Varilla con bocina soldada (fig. 6)        Pieza       3   
   Platina tipo 1 y 2 (fig.8)       Pieza       8   
   Arandela de 3/8”       Pieza       14   
   Varilla Roscada 1/2”       Pieza       7   

Tabla 4
Costos horarios de mano de obra

   Item       Costo Unitario   S/.   
   Carpintero especialista en construcción con bambú        24   
   Operario       22.94*   
   Oficial       18.14*   
* Fuente: (Revista Costos, 2020)



Figura 6. Pieza de articulación + varilla con bocina


Figura 7. Pieza de madera tornada + piezas de articulación + varilla con bocina


Figura 8. Platinas tipo 1

RESULTADOS


TIEMPOS SEGÚN ACTIVIDADES
La primera etapa del estudio ha sido cronometrar el tiempo necesario para realizar una actividad específica, que se detalla en la tabla 6. Es importante notar que son tiempos brutos de actividades realizadas en el piso, que

no incorporan nociones de tiempos intermedios, descansos, fatiga, etc. Estos elementos tienen que ser añadidos cuando se desarrollan análisis de rendimiento para una obra.


Tabla 5
Tiempos para realizar actividades específicas en el piso (una persona) relativos a uniones convencionales

   Actividad       Equipamiento       Tiempo en min   
   Corte   recto       Ingletadora       0.5   
   Corte   recto *       Amoladora       0.5   
   Corte   recto       Serrucho       1.5   
   Corte   Boca de pescado *       Formón,   martillo, sierra       8   
   Corte   Boca de pescado * (fig.9)       Amoladora   o caladora       4.5   
   Corte   Pico de flauta (1*)       Formón,   martillo, sierra       17   
   Corte   Pico de flauta (1*)       Amoladora   o caladora       8   
   Sacar   diafragma interno       Formón   + martillo       2   
   Fijación   con perno tensor *       Taladro   + amoladora       8   
   Fijación   de un perno pasante       Taladro   + amoladora       4.5   
   Llenado   de un canuto con mortero (2*)       Taladro       6   
   Corte   y colocación eucalipto       Ingletadora       1   
* actividad que requiere de una persona especializada
1 Ángulo menor de 45°
2 No contempla la preparación de la mezcla

Tabla 6
Tiempos para realizar actividades específicas en el piso (una persona) relativos a las uniones de innovación

Actividad    Equipamiento    Tiempo en min   
Fijación   platina tipo A    Atornillador eléctrico    2   
Fijación   platina tipo B    Taladro    10   
colocación   pieza de articulación     Taladro    7   
Colocación   conector de extremidad (fig.10)    Atornillador eléctrico    5   
Fijación   de la pieza de bambú con conector     Llave    1   
Regulación   conector de extremidad    Llave    5   
Unir   tapa de madera con tirafón    Taladro    5   
Conectar   tapa de madera con otra pieza    Atornillador eléctrico    2   


Figura 9: Corte Pico de Flauta con amoladora


Figura 10: Colocación conector de extremidad


ANÁLISIS DE COSTO DE HABILITACIÓN PIEZAS DE BAMBÚ

Cualquiera sea la unión por realizar, una pieza de bambú pasa por un proceso de selección y medición que difiere de la mayor parte de los otros materiales de construcción por las siguientes razones:

  • Ningún bambú es idéntico al otro y totalmente recto, por lo tanto, se tiene que identificar cuáles son los tallos más apropiados para la pieza deseada.
  • Se buscan tener nudos en ambos extremos de la pieza, por lo que la búsqueda de la pieza por extraer del bambú se suele hacer con dos personas con una wincha.
Una vez marcada la pieza, se pasa al proceso de corte. En el caso del presente estudio se emplea una ingletadora.

Tabla 7
Costo unitario Mano de obra para la habilitación piezas de bambú. Se considera tiempo para 2 oficiales


Estos 4.5 minutos se tienen que asociar a todas las piezas de bambú de un proyecto, independientemente de su tamaño. Este resultado supera de 90 segundos las conclusiones de otro estudio (Chinchayán Plasencia, 2016), seguramente por el proceso de selección que se contempló aquí .

TIEMPOS Y COSTOS DE LAS UNIONES REALIZADAS EN EL PISO

En función a los costos unitarios y los tiempos registrados, se elaboró una ficha técnica que detalla los procesos de fabricación/instalación de cada unión y su costo bruto correspondiente. La síntesis se presenta en la siguiente tabla.

TABLA 8
Costos y tiempos de armado (en el piso) de las uniones estudiadas


UNIONES EN ALTURA
Como la mayoría de los trabajos en una obra, existe una gran diferencia de tiempos entre una actividad realizada en el piso y una actividad realizada en altura sobre un andamio, de una forma más o menos cómoda en función al tipo de configuración. Por esas variables, resultó complejo definir de forma exacta tiempos específicos. Sin embargo, la larga experiencia de maestros especializados en construcción con bambú permite establecer rangos. En este estudio, se entrevistó a tres de ellos y se promedió sus respuestas en la siguiente tabla.

TABLA 9
Estimación de tiempos para realizar actividades específicas por un experto con herramientas eléctricas.


Actividad   
Piso
1 experto
(minutos)   
Andamio
1   experto + asistente
(minutos)   
Corte   y fijación Boca de pescado 10 20
Corte   y fijación Pico de flauta    25    45   
Perno   pasante 4 7.5
Colocar   una pieza con doble boca de pescado    45*    60   
Colocar   una pieza con doble Pico de Flauta 60 90
Relleno   de un canuto con mortero    10    17.5   
*47 min de promedio en estudio Chinchayán, 2016 (para una pieza a un metro de altura próximamente)

Según los resultados, se constata que las actividades complejas toman entre 50% y 100% más tiempo que la misma actividad realizada en el piso, además de requerir un asistente.

COMPARACIÓN DE CASO
Para evaluar la eficiencia de los conectores de innovación empleados en el prototipo de vivienda del IVUC, se comparó el costo de colocación de un pie amigo con dichas uniones versus la misma pieza colocada con uniones convencionales con corte en pico de flauta.


Figura 11. Pie amigo A) con doble pico de Flauta; B) con conectores de innovación

TABLA 10
Comparativo para el caso del pie amigo

Items    A- con doble pico de flauta    B- con doble conector de   innovación   
Tiempo   bruto prefabricación    4    26   
Tiempo   de armado    90    9   
Costo   de Mano de obra    58.35    11   
Costo   materiales    2.90    55   
Costo   Total    61.25    66.0   

Los resultados muestran un costo directo similar entre las dos soluciones, con una diferencia de 7.7% en favor de la técnica tradicional, pero el tiempo de ejecución de la solución con conectores es inferior a la mitad, lo que permite reducir de forma significativa tiempos de obra, así como disminuye de forma significativa riesgos de accidentes ya que no se realizan ningún corte en altura. Cabe señalar que la solución convencional demanda una mano de obra muy experimentada y que cualquier error cometido en los cortes especiales significa volver a empezar desde cero, mientras los conectores permiten regular la dimensión de la pieza y evitar cualquier tipo de inconveniente.

FICHAS TECNICAS DE LAS UNIONES ESTUDIADAS









CONCLUSIÓN
Los resultados muestran que existe una notable diferencia del tiempo de ejecución entre una unión efectuada en el piso y una realizada en altura, sobre todo para uniones que demandan cortes especiales. Por lo tanto, es recomendable favorecer diseños que permitan ejecutar la mayor parte del trabajo en el piso, y en particular las uniones más complejas. Se confirma así observaciones sobre los beneficios de la prefabricación para optimizar los procesos en la construcción con bambú (Barnet & Jabrane, 2017), en los cuales se saca provecho del muy bajo peso de ese material para pre-armar grandes componentes estructurales.

En procesos de prefabricación, las uniones convencionales, y en particular la del perno pasante, son las menos costosas y por lo tanto siguen vigente si se cuenta con mano de obra calificada. Sin embargo, para conexiones en altura, las uniones con conectores preinstalados, que demandan únicamente colocar un perno in situ, resultan ser económicamente competitivas. Como ventaja, hacen ganar tiempo en la obra, reducen significativamente el trabajo riesgoso en altura y aseguran la calidad de la conexión sin requerir una mano de obra especializada. Además, son regulables y fácil de desmontar, características que no ofrecen las uniones convencionales. Por lo tanto, representan una alternativa efectiva para sustituir las uniones complejas en una obra y cualquier tipo de construcción que tiene vocación a ser montada muy rápidamente y/o desmontada.

Para ampliar el rango de uso de esas uniones, se tendría que disminuir significativamente los costos de los conectores; de esa manera se volverían atractivas hasta en los procesos de prefabricación.
Si bien las uniones de innovación no han presentado fallas en los prototipos construidos y han demostrado una buena ductilidad en ensayos exploratorios (solo para esfuerzos paralelos al tallo de bambú), resultaría importante realizar estudios detallados de su comportamiento estructural.

RECONOCIMIENTOS
Por su participación en los procesos de desarrollo y fabricación de prototipos, se agradece a las siguientes personas: Hector Llaven, Manuel Piña, Victor Barraza, Remi Albert, Eduardo Perilla y el equipo del IVUC en general. También se reconoce los aportes de los expertos en construcción con bambú que fueron consultados en este estudio: Maximiliano Galarza, Jairo Llamo y Carlos Huayta.

Referencias
Barnet, Y., & Jabrane, F. (2017). Diseño de proyectos con bambú en Lima como estrategia de difusión de un método constructivo alternativo y sostenible. Campus, 22(23).

Barnet, Y., & Jabrane, F. (2019). Conectores de extremidades de bambú para estructuras exploración de un sistema de incrustación en la pared interna del tallo. Campus, 24(27).

Barnet, Y., & Jabrane, F. (2019). Diseñar y Construir en bambú en el Perú. Lima: Fondo editorial USMP. Chinchayán Plasencia, L. (2016). Aportes de mano de obra y materiales, para la creación de partidas en la construcción con bambú. Lima.

Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento. (2012). Reglamento Nacional de Edificación. E100 Bambú. Revista Costos. (2020). Suplemento técnico. Costos(304).






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